Bu anten hangi bant için?
Bilmiyorum, kontrol et.
- NE?!?!
Üzerinde işaret yoksa elinizde ne tür bir anten olduğunu nasıl belirleyebilirim? Hangi antenin daha iyi veya daha kötü olduğu nasıl anlaşılır? Bu sorun beni uzun süredir rahatsız ediyor.
Makale, basit terimlerle, antenlerin özelliklerini ölçmek için bir yöntemi ve bir antenin frekans aralığını belirlemek için bir yöntemi açıklamaktadır.
Deneyimli radyo mühendisleri için bu bilgi sıradan görünebilir ve ölçüm tekniği yeterince doğru olmayabilir. Makale, benim gibi radyo elektroniğinden hiçbir şey anlamayanlar için tasarlandı.
TL; DR OSA 103 Mini aleti ve bir yönlü kuplör kullanarak çeşitli frekanslarda antenlerin SWR'sini ölçeceğiz, SWR'yi frekansa karşı çizeceğiz.
Теория
Bir verici bir antene bir sinyal gönderdiğinde, enerjinin bir kısmı havaya yayılır ve bir kısmı yansıtılır ve geri döndürülür. Yayılan ve yansıyan enerji arasındaki oran, duran dalga oranı (SWR veya SWR) ile karakterize edilir. SWR ne kadar düşükse, vericinin enerjisi o kadar fazla radyo dalgaları olarak yayılır. SWR = 1'de yansıma yoktur (tüm enerji yayılır). Gerçek bir antenin SWR'si her zaman 1'den büyüktür.
Antene farklı frekanslarda bir sinyal gönderir ve aynı anda SWR'yi ölçerseniz, yansımanın hangi frekansta minimum olacağını bulabilirsiniz. Bu, antenin çalışma aralığı olacaktır. Ayrıca aynı menzil için farklı antenleri birbirleriyle karşılaştırabilir ve hangisinin daha iyi olduğunu bulabilirsiniz.
Verici sinyalinin bir kısmı antenden yansıtılır
Belirli bir frekans için derecelendirilmiş bir anten, teoride çalışma frekanslarında en düşük SWR'ye sahip olmalıdır. Bu, antene farklı frekanslarda yaymanın ve yansımanın hangi frekansta en küçük olduğunu, yani radyo dalgaları şeklinde uçup giden maksimum enerji miktarını bulmanın yeterli olduğu anlamına gelir.
Farklı frekanslarda bir sinyal üretip yansımayı ölçerek, x eksenini frekansla ve y eksenini sinyalin yansımasıyla çizebiliriz. Sonuç olarak, grafikte bir düşüş olan yerde (yani, en küçük sinyal yansıması), bir anten çalışma aralığı olacaktır.
Frekansa karşı yansımanın hayali bir çizimi. Antenin çalışma frekansı hariç tüm aralıkta yansıma %100'dür.
Cihaz Osa103 Mini
Ölçümler için kullanacağımız . Bir osiloskop, sinyal üreteci, spektrum analizörü, frekans yanıtı/faz yanıtı ölçer, vektör anten analizörü, LC ölçer ve hatta bir SDR alıcı-vericiyi entegre eden çok yönlü bir ölçüm cihazıdır. OSA103 Mini'nin çalışma aralığı 100 MHz ile sınırlıdır, OSA-6G modülü, frekans yanıtı modunda frekans aralığını 6 GHz'e kadar genişletir. Tüm işlevlere sahip yerel program 3 MB ağırlığındadır, Windows altında ve Linux'ta şarap aracılığıyla çalışır.
Osa103 Mini, radyo amatörleri ve mühendisler için evrensel bir ölçüm cihazıdır.
yönlü kuplör
Yönlü kuplör, belirli bir yönde hareket eden bir RF sinyalinin küçük bir bölümünü yönlendiren bir cihazdır. Bizim durumumuzda, ölçmek için yansıyan sinyalin (antenden jeneratöre geri gelen) bir kısmını ayırması gerekir.
Yönlü kuplörün çalışmasının görsel açıklaması:
Yönlü kuplörün ana özellikleri:
- Çalışma frekansları - ana göstergelerin normun ötesine geçmediği frekans aralığı. Kuplörüm 1 ila 1000 MHz frekansları için tasarlanmıştır
- Branşman (Kaplin) - dalga IN'den OUT'a yönlendirildiğinde sinyalin hangi kısmı (desibel cinsinden) yönlendirilecek
- Yönelme - sinyal OUT'tan IN'e ters yönde hareket ettiğinde ne kadar daha az sinyal yönlendirilir
İlk bakışta, bu oldukça kafa karıştırıcı görünüyor. Anlaşılır olması için musluğu, içinde küçük bir çıkış bulunan bir nargile olarak hayal edelim. Yönlendirme, su ileri yönde (GİRİŞ'ten ÇIKIŞ'a) hareket ettiğinde, suyun önemli bir kısmı yönlendirilecek şekilde yapılır. Bu yönde yönlendirilen su miktarı, kuplörün veri sayfasındaki Kuplaj parametresi tarafından belirlenir.
Su ters yönde hareket ettiğinde çok daha az su tahliye edilir. Yan etki olarak alınmalıdır. Bu hareket sırasında uzaklaştırılan su miktarı, veri sayfasındaki Yönlendirme parametresi tarafından belirlenir. Bu parametre ne kadar küçükse (dB değeri ne kadar büyükse), görevimiz için o kadar iyidir.
Devre şeması
Antenden yansıyan sinyalin seviyesini ölçmek istediğimiz için onu kuplörün GİRİŞ'ine, jeneratörü ÇIKIŞ'a bağlarız. Böylece antenden yansıyan sinyalin bir kısmı ölçüm için alıcıya ulaşacaktır.
Bağlantı şemasına dokunun. Yansıtılan sinyal alıcıya gönderilir.
Ölçüm kurulumu
SWR ölçümü için tesisatı devre şemasına göre kuralım. Cihazın jeneratör çıkışına ayrıca 15 dB zayıflamalı zayıflatıcı takıyoruz. Bu, kuplörün jeneratörün çıkışıyla eşleşmesini iyileştirecek ve ölçümün doğruluğunu artıracaktır. Zayıflatıcı 5..15 dB zayıflama ile alınabilir. Zayıflama değeri sonraki kalibrasyon sırasında otomatik olarak dikkate alınır.
Zayıflatıcı, sinyali sabit sayıda desibel kadar zayıflatır. Zayıflatıcının ana özelliği, sinyalin zayıflama katsayısı (zayıflatma) ve çalışma frekans aralığıdır. Çalışma aralığı dışındaki frekanslarda, zayıflatıcının özellikleri tahmin edilemeyecek şekilde değişebilir.
Son kurulum böyle görünüyor. Ayrıca, OSA-6G modülünden cihazın ana kartına bir ara frekans (IF) sinyali uygulamayı da unutmamalısınız. Bunun için ana kart üzerindeki IF OUTPUT portunu OSA-6G modülü üzerindeki INPUT ile bağlıyoruz.
Dizüstü bilgisayarın anahtarlama güç kaynağından kaynaklanan parazit seviyesini azaltmak için tüm ölçümleri dizüstü bilgisayar pille çalışırken yapıyorum.
ayarlama
Ölçümlere başlamadan önce, cihazın tüm bileşenlerinin iyi durumda olduğundan ve kabloların kaliteli olduğundan emin olmak gerekir, bunun için jeneratörü ve alıcıyı doğrudan bir kablo ile bağlarız, jeneratörü açar ve frekans tepkisini ölçeriz. 0dB'de neredeyse düz bir grafik elde ediyoruz. Bu, tüm frekans aralığında, jeneratörün yayılan gücünün tamamının alıcıya ulaştığı anlamına gelir.
Jeneratörü doğrudan alıcıya bağlama
Devreye bir zayıflatıcı ekleyelim. Tüm aralıkta 15dB'lik neredeyse eşit bir sinyal zayıflaması görebilirsiniz.
Jeneratörü 15dB zayıflatıcı aracılığıyla alıcıya bağlama
Jeneratörü kuplörün OUT konektörüne ve alıcıyı kuplörün CPL'sine bağlayın. IN portuna bağlı bir yük olmadığından, üretilen sinyalin tamamı yansıtılmalı ve bir kısmı alıcıya dallanmalıdır. Kuplörümüzün veri sayfasına göre (), Kuplaj parametresi ~15db'dir, bu da yaklaşık -30 dB'de (kuplaj + zayıflatıcı zayıflama) yatay bir çizgi görmemiz gerektiği anlamına gelir. Ancak kuplörün çalışma aralığı 1 GHz ile sınırlı olduğu için bu frekansın üzerindeki tüm ölçümler anlamsız kabul edilebilir. Bu grafikte açıkça görülüyor, 1 GHz'den sonra okumalar kaotik ve mantıklı değil. Bu nedenle, diğer tüm ölçümleri kuplörün çalışma aralığında gerçekleştireceğiz.
Yüksüz bağlantıya dokunun. Kuplörün çalışma aralığının sınırı görülebilir.
Bizim durumumuzda 1 GHz'in üzerindeki ölçüm verileri mantıklı olmadığından, jeneratörün maksimum frekansını kuplörün çalışma değerleri ile sınırlayacağız. Ölçerken düz bir çizgi elde ederiz.
Jeneratörün aralığını kuplörün çalışma aralığıyla sınırlandırma
Antenlerin SWR'sini görsel olarak ölçmek için mevcut devre parametrelerini (%100 yansıma) referans noktası, yani sıfır dB alacak şekilde kalibre etmemiz gerekir. Bunu yapmak için, OSA103 Mini yerleşik bir kalibrasyon işlevine sahiptir. Kalibrasyon, bağlı bir anten (yük) olmadan gerçekleştirilir, kalibrasyon verileri bir dosyaya yazılır ve ardından grafikler çizilirken otomatik olarak dikkate alınır.
OSA103 Mini yazılımında frekans yanıtı kalibrasyon işlevi
Kalibrasyonun sonuçlarını uygulayarak ve ölçümleri yüksüz olarak gerçekleştirerek, 0dB'de düz bir grafik elde ederiz.
Kalibrasyondan sonra grafik
Antenleri ölçüyoruz
Artık antenleri ölçmeye başlayabilirsiniz. Kalibrasyon sayesinde, anten bağlandıktan sonra yansımadaki azalmayı görecek ve ölçeceğiz.
Aliexpress'den 433MHz'de anten
Anten 443MHz işaretli. Antenin en verimli şekilde 446MHz bandında çalıştığı görülmektedir, bu frekansta SWR 1.16'dır. Aynı zamanda, beyan edilen frekansta performans, 433MHz SWR 4,2'de önemli ölçüde daha kötü.
Bilinmeyen anten 1
Anten işaretlenmemiş. Programa bakılırsa, muhtemelen GSM bandı için 800 MHz için tasarlanmıştır. Adil olmak gerekirse, bu anten de 1800 MHz'de çalışıyor, ancak kuplör sınırlamaları nedeniyle bu frekanslarda doğru ölçümler yapamıyorum.
Bilinmeyen anten 2
Uzun zamandır kutularımda duran başka bir anten. Görünüşe göre, GSM bandı için de, ancak öncekinden daha iyi. 764 MHz frekansında SWR bire yakın, 900 MHz'de SWR 1.4'tür.
Bilinmeyen anten 3
Bir Wi-Fi antenine benziyor, ancak bir nedenden dolayı konektör, tüm Wi-Fi antenleri gibi RP-SMA değil, SMA-Erkek. Ölçümlere bakılırsa, 1 MHz'e kadar olan frekanslarda bu anten işe yaramaz. Yine kuplör sınırlamaları nedeniyle ne tür bir anten olduğunu bilemeyeceğiz.
Teleskopik Anten
433MHz bandı için teleskopik anteni ne kadar uzatmanız gerektiğini hesaplamaya çalışalım. Dalga boyunu hesaplamak için formül: λ = C/f, burada C ışık hızıdır, f frekanstır.
299.792.458 / 443.000.000 = 0.69719176279
tam dalga boyu - 69,24 cm
yarım dalga boyu - 34,62 cm
çeyrek dalga boyu - 17,31 cm
Bu şekilde hesaplanan antenin kesinlikle işe yaramaz olduğu ortaya çıktı. 433MHz frekansında SWR değeri 11'dir.
Anteni deneysel olarak uzatarak, yaklaşık 2.8 cm anten uzunluğunda minimum SWR 50 elde etmeyi başardım, bölümlerin kalınlığının büyük önem taşıdığı ortaya çıktı. Yani, sadece ince uç kısımlar uzatıldığında sonuç, sadece kalın kısımlar aynı uzunlukta uzatıldığında elde edilenden daha iyiydi. Teleskopik antenin uzunluğu ile ilgili bu hesaplamalara daha ne kadar güvenmem gerektiğini bilmiyorum çünkü pratikte çalışmıyorlar. Belki diğer antenlerde veya frekanslarda farklı çalışıyordur bilemiyorum.
433 MHz'de tel parçası
Genellikle, radyo anahtarları gibi çeşitli cihazlarda, anten olarak düz bir tel parçası görebilirsiniz. 433 MHz'lik (17,3 cm) çeyrek dalga boyuna eşit bir tel parçasını kestim ve ucunu SMA Dişi konektöre sıkıca oturacak şekilde kalayladım.
Sonuç garip çıktı: böyle bir tel 360 MHz'de iyi çalışıyor, ancak 433 MHz'de işe yaramaz.
Teli uçtan uca parça parça kesmeye ve okumalara bakmaya başladım. Grafikteki düşüş yavaşça sağa, 433 MHz'e doğru kaymaya başladı. Sonuç olarak, yaklaşık 15,5 cm'lik bir tel uzunluğunda, 1.8 MHz frekansta en düşük SWR değeri olan 438'i almayı başardım. Kablonun daha fazla kısaltılması, SWR'de bir artışa yol açtı.
Sonuç
Kuplör sınırlamaları nedeniyle, Wi-Fi antenleri gibi 1 GHz'in üzerindeki bantlardaki antenleri ölçmek mümkün değildi. Daha geniş bir kuplörüm olsaydı bu yapılabilirdi.
Bir kuplör, bağlantı kabloları, bir cihaz ve hatta bir dizüstü bilgisayar, ortaya çıkan anten sisteminin parçalarıdır. Geometrileri, uzaydaki konumları ve çevrelerindeki nesneler ölçüm sonucunu etkiler. Gerçek bir radyo istasyonuna veya modeme ayarlandıktan sonra frekans değişebilir, çünkü. radyo istasyonunun gövdesi, modem, operatörün gövdesi anten parçası haline gelecektir.
OSA103 Mini, çok havalı çok işlevli bir cihazdır. Ölçümler sırasında tavsiye için geliştiricisine şükranlarımı sunarım.
Kaynak: habr.com